人工挖孔扩底桩单桩承载力试验与计算分析

作     者：王顺利 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜思义;李民生

授予年度：2011年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：人工挖孔扩底桩 静载试验 承载机理 极限承载力 桩端应力 长径比 

摘      要：随着高层建筑、大型桥梁的不断涌现,桩基础在工程设计中的使用越来越多,尤其是人工挖孔扩底桩,更以施工简便、质量可靠、单桩承载性能好、无噪音污染等优点得到了广泛的应用。 由于实际工程中基桩形式的多样性、地质条件的区域性,再加上静载试验的高成本、长工期,要完全通过静载试验准确确定每种桩型、每个工程区域的基桩承载力是不太现实的。如果能利用基桩及其周围土层的几何、物理性质,建立有限元模型,计算确定基桩的单桩承载力和受力特性,量化其在静荷载作用下的受力状态和极限承载力,不仅能够节约大量的现场检测费用,还能通过该模型研究多种相关问题,从而对工程的设计和施工起到指导作用。 本文根据某工程人工挖孔扩底桩的施工记录和地质资料建立桩土体系的有限元模型,并按基桩的空间布局施加边界条件,选择合适的收敛条件进行有限元计算。在同级荷载作用下,有限元计算的桩顶位移、桩身应力、桩端应力等结果与静载试验结果基本一致,说明利用ANSYS有限元软件对桩土体系的相互作用进行模拟分析是可行的;当工程因各种实际问题不具备静载试验条件或静载试验数量不足时,有限元计算结果可以作为设计参考依据。 以该工程为背景,利用该模型进行人孔挖孔扩底桩的单桩承载力计算和扩底直径、桩身长径比的优化等研究工作,探讨桩身长径比和扩底端直径对单桩承载性能的影响。分析表明：桩身长径比在25-30范围内时,桩侧阻力和桩端阻力的发挥更趋合理,当长径比较大时,扩底端的作用一般不能充分发挥;扩底端改变了侧摩阻力的传递路径,使土体应力更大程度地向下、向四周扩散,从而使桩端的受力性能更趋合理;扩底端直径并非越大越好,D/d2.6时,扩底面积与单桩承载力的提高已不成比例,设计方案的经济性有所降低。